Магнитные усилители
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
и чаще последовательно с управляемой индуктивностью.
Токи I1 и I2, протекающие соответственно в рабочей и управляющей обмотках трансформаторов, создают магнитные поля, которые в течение одного полупериода переменного тока в одном из сердечников имеют одинаковые, а в другом - противоположные направления. В результате первый сердечник насыщается, а второй остается ненасыщенным. Для ненасыщенного сердечника справедливо уравнение обычного трансформатора:
(1)
где I? - намагничивающий ток трансформаторов.
При отсутствии сигнала на входе усилителя I2 = 0 и I1 = I?. В этом режиме среднее значение тока нагрузки имеет минимально возможное значение, равное току холостого хода трансформатора Iхх.
При наличии существенного сигнала Iу на входе усилителя обычно можно пренебречь слагающей I??р в правой части уравнения ампер витков по сравнению с I2wу. Тогда, интегрируя в пределах полупериода, в течение которого рассматриваемый сердечник ненасыщен, получим:
(2)
т.е. ток нагрузки в схеме на (Рисунок 1) определяется лишь током управления и конструктивными параметрами усилителя и не зависит от нагрузки.
Коэффициенты усиления по току k1 и мощности kР для простейшего магнитного усилителя определяют по формулам:
(3)
где Ry - активное сопротивление управляющий обмотки.
Существенным недостатком таких магнитных усилителей является их относительно высокая инерционность, которую обычно характеризуют постоянной времени ? цепи управления: ? = kp/4?f, где ? -КПД цепи нагрузки; f- частота источника питания. Для уменьшения инерционности магнитных усилителей применяют переменный ток повышенной частоты (400... 10 000 Гц и выше).
1.3 Магнитные усилители с самонасыщением
магнитный усилитель переменный ток
Лучшими динамическими характеристиками, т. е. меньшей инерционностью при данном kР, обладают магнитные усилители с самонасыщением. Простейшая схема магнитного усилителя с самонасыщением, на базе которой строятся более сложные схемы, дана на Рис. 2.
Рисунок 2 - Схема однотактного усилителя с самонасыщением
Идеализированная петля гистерезиса ферромагнитного сердечника магнитного усилителя представлена на (Рисунок 3). Наличие выпрямителя В (см. Рисунок 2) в цепи рабочей обмотки (обмотка wр усилителя, последовательно с которой включена нагрузка RH) приводит к тому, что напряжение питания U приложено к этой обмотке и нагрузке лишь в течение проводящего для выпрямителя полупериода, называемого рабочим.
Рисунок 3 - Зависимость индукции В от напряженности магнитного поля Н ферромагнитного сердечника магнитного усилителя
Рисунок 4 - Диаграмма изменения индукции В в сердечнике магнитного усилителя с самонасыщением, тока нагрузка IН и управляющего тока IУ во времени t
В соответствии с законом электромагнитной индукции изменение индукции в рабочем сердечнике усилителя в этот полупериод происходит только под действием напряжения питания U:
(4)
где S - поперечное сечение сердечника.
В следующий полупериод изменение индукции в сердечнике происходит только под действием управляющего напряжения Uy, приложенного к обмотке управления wy. Этот полупериод называется управляющим.
Для того чтобы воспрепятствовать трансформации напряжения из рабочей цепи в цепь управления, в последнюю включают либо дроссель Др, либо вентиль.
Изменение индукции в рабочем и управляющем полупериодах происходит во взаимообратных направлениях. Обычно напряжение питания магнитных усилителей U выбирают таким, чтобы за время T/2, равное полупериоду питающего напряжения, оно было бы способно изменить индукцию в сердечнике на величину ?В = 2BS, от точки -Bs до Bs, где Bs - индукция насыщения материала сердечника. Это изменение пропорционально входному сигналу. Если к началу рабочего полупериода исходная рабочая точка, характеризующая магнитное состояние сердечника, окажется не в точке -Bs, а выше на петле гистерезиса, то в рабочем полупериоде сердечник по закону электромагнитной индукции насытится не в конце периода, а несколько раньше. После этого напряжение питания окажется полностью приложенным к сопротивлению нагрузки, а ток в нагрузке скачком возрастет до I = Umaxsin wt/R. Чем больше управляющее напряжение, тем ниже по петле гистерезиса опустится рабочая точка в управляющий полупериод. В результате в рабочий полупериод сердечник насытится позднее, и к нагрузке будет приложено меньшее напряжение. При максимальном управляющем напряжении по нагрузке в течение всего рабочего полупериода протекает только намагничивающий ток.
Если управляющее напряжение равно нулю, то в управляющий полупериод индукция не изменяется и исходной точкой тока будет точка Bs. Следовательно, в течение всего рабочего полупериода ток в нагрузке будет следовать за изменением напряжения. Диаграммы изменения индукции В в сердечнике, тока нагрузки Iн, тока в обмотке управления Iу во времени t даны на (Рисунок 4). Зависимость тока Iн нагрузки от тока Iу в обмотке управления для магнитных усилителей с самонасыщением приведена на (Рисунок 5).
Рисунок 5 - Статическая характеристика однотактного магнитного усилителя с самонасыщением
Характеристики подобного типа называются статическими характеристиками, а участок АО - рабочим участком. Магнитный усилитель, обладающий статической характеристикой, показанной на (Рисунок 5), называют одноактным (нереверсивным). Основная